Físicos de Alemania, Dinamarca, y Austria han logrado crear una especie de torniquete para luz en fibras de vidrio que permite que las partículas de luz solo pasen una a la vez.

Fibras de vidrio que guían la luz láser, son la columna vertebral de la sociedad de la información moderna de hoy. Si piensa en la luz láser como una corriente de partículas de luz, los llamados fotones, entonces estos son completamente independientes entre sí y su hora exacta de llegada se deja al azar. En particular, dos fotones pueden llegar al receptor simultáneamente. Para muchas aplicaciones, sin embargo, es deseable que se registre un fotón tras otro, es decir, que las partículas de luz están alineadas como un collar de perlas.

Estos fotones aislados son, por ejemplo, un requisito básico para la comunicación cuántica, donde uno puede comunicarse de una manera fundamentalmente a prueba de golpes. Hasta ahora, Emisores cuánticos únicos, como un solo átomo o una sola molécula, han actuado típicamente como fuentes para tales corrientes de fotones individuales. Si el emisor cuántico se excita con luz láser y emite fluorescencia, siempre emitirá exactamente un fotón con cada salto cuántico. Para este tipo de fuente, Por tanto, sigue siendo un desafío "alimentar" eficientemente los fotones emitidos en una fibra de vidrio para enviar tantos de ellos como sea posible al receptor.

Científicos de Alemania, Dinamarca y Austria han logrado por primera vez convertir directamente la luz láser en fibras ópticas en una corriente de fotones aislados mediante un efecto novedoso. La propuesta para el experimento provino de los físicos teóricos Dr. Sahand Mahmoodian y el profesor Klemens Hammerer de la Universidad Leibniz de Hannover y colegas de la Universidad de Copenhague. Luego se llevó a cabo en el grupo de investigación del Prof. Dr. Arno Rauschenbeutel en la Universidad Humboldt de Berlín. Para este propósito, los investigadores utilizaron una poderosa interfaz átomo-luz, en el que los átomos quedan atrapados cerca de una denominada nanofibra óptica y se acoplan de forma controlada a la luz guiada en la nanofibra.

Estas fibras de vidrio especiales son cien veces más delgadas que un cabello humano y los átomos se mantienen en su lugar a 0,2 micrómetros de la superficie de la fibra de vidrio mediante pinzas hechas de luz láser. Al mismo tiempo, se enfrían mediante luz láser a una temperatura de unas millonésimas de grado por encima del cero absoluto. Este sistema permitió a los investigadores controlar con precisión el número de átomos a lo largo del rayo láser. En el experimento, Luego, los investigadores analizaron la frecuencia con la que los fotones salían de la fibra individualmente o en pares.

Cuando unos 150 átomos quedaron atrapados cerca de la nanofibra, resultó que la luz transmitida consistía prácticamente solo en fotones aislados. Entonces, colectivamente, los átomos actuaron para los fotones como un torniquete que regula una corriente de personas. Asombrosamente, el efecto fue el contrario cuando se incrementó el número de átomos:entonces los átomos dejaron pasar a los fotones preferiblemente en pares.

Este descubrimiento abre una forma completamente nueva de realizar brillantes, fuentes de fotón único integradas en fibra. Al mismo tiempo, El principio de funcionamiento demostrado por los investigadores se puede aplicar a amplios rangos del espectro electromagnético (microondas a rayos X). Esto abre la posibilidad de generar fotones individuales en rangos espectrales para los que no hay fuentes disponibles hasta ahora. Los investigadores ya han presentado una solicitud de patente para esta tecnología.